当前课程知识点:机械原理 > 第四章 连杆机构及其设计 > 4.2 平面四杆机构的类型和应用 > 4.2.3平面四杆机构的演化类型
在平面四杆机构中
铰链四杆机构是最基本的形式
当然我们根据两个连架杆的运动角色进行了划分
把平面四杆机构
的基本形式分为了三种
曲柄摇杆
双曲柄和双摇杆
那么这三种基本形式
针对的都是全转动副四杆机构
而在实际应用中
除了转动副之外
我们会在平面四杆机构中引入移动副
那么引入移动副之后
又会演化出其它的一些类型来
下面我们将讨论以平面铰链四杆机构为基础
通过不同的演化方式
衍生出不同的类型来
这样的演化
我们可以把它分成这样几种情况
第一种
通过改变构件的形状和运动尺寸
来衍生出不同的类型
第二个方面
我们可以改变运动副的尺寸
来衍生出实际应用的一些类型
第三种
以一个平面四杆机构为基础
通过选用不同构件作为机架
同样可以衍生出许多不同的类型来
我们先看第一种演化过程
通过改变构件的形状和运动尺寸
这是一个铰链四杆机构
我们以此为基础
对这个机构进行一个结构的转化
我们把右侧的连架杆和连杆连接的地方
把这个结构进行一个修改
我们让连杆连接在一个滑块上
这个滑块和一个圆弧形的导槽
形成一个运动副的连接
只要我们保证杆长是一致的这个圆弧的导槽
它的半径和右侧的连架杆的长度是一致的
那么这两个机构在运动过程中
它产生的运动是等效的
现在我们把右侧的连架杆长度增加
也就相当于这个弧形的倒槽的半径增加
当我们增加这个尺寸一直到无穷大
那么这个弧形的导槽
它的半径也就增加到无穷大之后
这个导槽就变成了一条直的导槽
也就衍生出了最右侧的这个机构
这个机构我们称之为曲柄滑块机构
所以
我们可以把曲柄滑块机构
看作是铰链四杆机构中一个连架杆的长度一直增加
并且增加到无穷大之后
演化出来的
这是它的演化过程
从最左边的曲柄摇杆机构
通过把一个连架杆长度增加到无穷大
而转化成一个曲柄滑块机构
曲柄滑块机构存在两种形式
第一种称为偏置的曲柄滑块
第二种称之为对心的曲柄滑块
这两种曲柄滑块它的区别在哪
从结构上我们可以看出
对心的曲柄滑块
滑块的中心
所在的导轨是通过曲柄的回转中心的
这叫对心
如果导轨所在的直线是没有过曲柄的回转中心
而是形成了一个相对的距离
也就是点到线的一个距离
我们称之为偏距
这个偏距的存在
使得曲柄滑块机构形成了偏置的曲柄滑块机构
结构上的变化
会导致这两种机构产生不同的运动特性
我们后面要具体分析不同的运动特性的时候
我们再回过头来看这两种机构的差别
这是曲柄滑块机构的运动效果
左边的是对心的曲柄滑块机构
而右边的是偏置的曲柄滑块机构
沿着这个思路
我们继续进行演化
我们以曲柄滑块机构为基础
通过改变另外一个杆长
让它趋近于无穷大
可以把曲柄滑块机构演化出正弦机构
左侧的这是一个曲柄滑块机构
我们把连杆和曲柄连接的地方进行一个变化
引入弧形的导槽
然后把这个弧形的导槽的半径
逐渐的增加
当这个弧形导槽的半径
增加到无穷大之后
那么这个弧形的导槽
变成了一个直的导槽
那么在最右边的这个机构中
就形成了两个移动副
连接形成的机构
这个机构我们称之为正弦机构
回过头来我们看这个演化过程
仍然是通过改变其中一个杆长
当这个杆长趋近于无穷大
这个机构的结构形式也就发生了一些变化
这是正弦机构的运动过程
这是缝纫机中间的一个下针的机构
它就是典型的一个正弦机构
除了前一种演化过程之外
我们来看第二种演化
取不同构件为机架
这是演化出不同机构的非常典型的一种方式
刚才我们通过改变杆长
有铰链四杆机构
得到了曲柄滑块机构
也就是左上角这样的机构
在这个机构中
是以与滑块通过移动副相连的这根杆为机架的
现在我们不改变这个机构的结构和连接关系
也不改变各个杆的长度
我们只是取不同的杆
不同的构件为机架
就可以衍生出其它的三种类型来
我们看右上的这个机构
它是取二号杆作为机架
这个机构
我们称之为摇块机构
为什么叫摇块机构
我们看这个滑块
它可能的运动
是通过一个转动副直接连接到机架上
由于这个转动副的约束
这个滑块只能做回转运动
因此这个滑块我们称为摇块
那么这个机构一侧连架杆是曲柄
另外一侧是一个摇块
所以我们把它称为曲柄摇块机构
我们继续轮换机架
以滑块作为机架
这样得到的机构
我们称之为定块机构
在摇块机构中
这个滑块是可以左右摇动的
而在定块机构中
由于滑块已经变成了机架
因此顾名思义
我们把它称之为定块机构
它还有一个名称
称为直动滑杆机构
四个构件中
我们继续轮换机架
以一号杆作为机架
得到了左下的这个机构
这个机构我们称之为导杆机构
这样
在引入了一个移动副的平面四杆机构中
分别取四个杆作为机架
我们就可以得到四种不同的演化形式
下面我们看一下这四种机构它的运动效果
和在实际应用中间的一些典型的案例
这是导杆机构的运动情况
两个杆是连架杆
而这个滑块变成了连杆的角色
根据两个连架杆
它的运动特性的不同
我们进一步把导杆机构分成了两种情况
一个连架杆是曲柄
另外一个连架杆是遥杆
这就构成了左侧的摆动导杆机构
而如果两个连架杆都是曲柄
都能转一圈的话
那么这个导杆机构
我们称之为转动导杆机构
这是导杆机构的一个典型的应用场景
牛头刨床
其中应用了摆动导杆机构
我们来看第二种类型
曲柄摇块机构
这是它的运动效果
这个可以看作
曲柄摇块机构的一个典型的应用案例
翻斗车
那其中的液压缸部分
缸体和活塞是两个构件
之间通过移动副连接液压缸的缸体
我们可以对应到摇块上
而活塞则是连杆的角色
车箱
就是另外一侧的连架杆
这样形成了曲柄摇块机构
我们再来看第三种
直动滑杆机构
也就是定块机构
其余的三个构件都是可以相对运动的
滑块成为了机架
这是定块机构的典型的应用
是一个抽水的机构
其中活塞与缸体之间形成移动副连接
而缸体是固定不动的
也就是这个滑块成为了机架
我们通过扳动手柄
也就是连杆
使得连杆产生运动
然后转化成活塞的直线运动
来完成
通过活塞的运动
实现抽水的这么一个动作
这是第四种结构
曲柄滑块机构
曲柄滑块机构最典型的应用就是发动机
在发动机中间
活塞是一个连架杆
也就是对应曲柄滑块机构中间的滑块
而曲柄是运动的输出
活塞被燃烧的气体驱动之后
通过连杆把运动传递给曲轴
带动曲轴实现连续的回转运动
当然我们也可以把两个曲柄滑块机构组合
组合之后
形成了一个双缸的发动机的模型
甚至可以组合更多的曲柄滑块机构
形成多缸的
我们再来看一些引入了两个移动副的
平面四杆机构右侧的这个机构
两个滑块通过移动副连接到机架上面
连杆再通过转动副连接了两个滑块
如果这个机构中我们把机架换成一号构件
那么同样的结构
就衍生出了一种新的平面四杆机构
这两个机构对应的应用示例是什么
我们来看一下
这是一号杆作为机架形成的机构
它是右侧的这个联轴器的具体的机构对应关系
而我们把机架换成三号构件之后
就形成了这样一个双滑块的机构
这个双滑块机构的典型应用
就是左侧的这个椭圆规
我们运用这个机构
可以让连杆上某一点的轨迹形成一个椭圆
所以我们称之为椭圆规
除了轮换机架之外
在应用中
我们还可以通过改变运动副
来形成一些新的结构类型
其中最典型的
就是我们通过改变运动副的尺寸
扩大它的尺寸之后
把曲柄变成了一个应用中典型的结构
偏心轮
左侧的
这是一个曲柄滑块机构
现在我们把连杆和曲柄连接的这个转动副
进行一个尺寸的改变
转动副我们知道是一个圆柱面的接触
我们把这个圆柱面的半径逐渐的增大
增大到右侧这样的结构之后
那么原来作为曲柄的这根短杆就变成了一个圆盘
而这个圆盘与机架在偏离圆心的地方形成转动副的连接
那么这个圆盘我们称之为偏心轮
我们看一下这样一个动态的变化过程
我们扩大这个转动副
当这个转动副所在的圆柱面扩大到包含了
固定的转动副之后
它就衍生出了偏心轮的结构
而在我们针对这样的机构
画它的简图的时候
我们通常反过来把偏心轮直接画成一根杆
也就是曲柄这个角色
在曲柄滑块机构中
我们也可以把曲柄
通过运动副尺寸的改变变成一个偏心轮
当然这种变化只是一个结构形式的变化
对运动的实质是没有什么影响的
好了
关于平面四杆机构的基本形式
以及演化形式的内容
我们就介绍到这里
谢谢大家
-1.1 概述
--1.1 概述
-1.2 课程研究的对象及内容
-1.3 学习的目的和意义
-1.4 课程学习的方法和要点
-第一章 绪论--1.4 课程学习的方法和要点
-2.1机构结构分析
-2.2 机构的组成和分类
-2.3机构运动简图
-2.4机构自由度的计算
-2.5计算平面机构自由度时应注意事项
--2.5.3虚约束
-2.6平面机构的组成原理、结构分类及结构分析
-2.6平面机构的组成原理、结构分类及结构分析--作业
-3.1机构运动分析的目的和方法
-3.2用瞬心法作机构的运动分析
-3.3用图解法作机构的运动分析
-3.4 瞬心法和矢量方程图解法的综合应用
-3.4 瞬心法和矢量方程图解法的综合应用--作业
-4.1 平面连杆机构的特点及应用
-4.2 平面四杆机构的类型和应用
-4.3平面四杆机构的一些基本知识
-4.4平面四杆机构的设计
-4.4平面四杆机构的设计--作业
-5.1 凸轮机构的应用和分类
-5.2 推杆的运动规律
-5.3 凸轮轮廓曲线设计
-5.4 凸轮机构基本尺寸的确定
-5.4 凸轮机构基本尺寸的确定--作业
-6.1 齿轮机构的特点及类型
-6.2 齿轮的齿廓曲线
-6.3 渐开线齿廓及其啮合特点
-6.4 渐开线标准齿轮各部分的名称和尺寸
-6.5渐开线直齿圆柱齿轮的啮合传动
-6.6渐开线齿廓的切制原理与根切现象
-6.7变位齿轮概述
-6.8斜齿圆柱齿轮传动
-6.9直齿锥齿轮传动
-6.10蜗杆传动
--6.10蜗杆传动
-6.10蜗杆传动--作业
-7.1齿轮系及其分类
-7.2定轴轮系的传动比
-7.3周转轮系的传动比
-7.4复合轮系的传动比
-7.5轮系的功能
-7.5轮系的功能--作业
-8.1概述
--8.1概述
-8.2 机械的运动方程式
-8.3 稳定运转状态下的机械的周期性速度波动及其调节
-8.3 稳定运转状态下的机械的周期性速度波动及其调节--作业